前列腺癌雄激素受体启动子表观遗传组织的空间异质性与转录调控机制

《International Journal of Molecular Sciences》：Spatial and Epigenetic Polarity of the AR Promoter During Prostate Cancer Progression: An In Silico Analysis

雄激素受体（AR）是前列腺癌进展的关键调节因子，但AR启动子甲基化、染色质状态与受体表达在不同肿瘤表型间的关系仍未被完全阐明。我们对AR启动子区域（转录起始位点TSS上游?2000至下游+500 bp）进行了整合性计算机分析，将24个转录因子（TFs）的基序预测与正常前列腺组织、原发肿瘤及转移肿瘤以及细胞模型中的DNA甲基化、TF ChIP-seq和组蛋白修饰图谱相结合。这些数据集的整合揭示了AR启动子表观遗传组织的显著空间异质性。远端片段含有谱系相关转录因子FOXA1、GATA2、HOXB13和NKX3-1的预测基序，并表现出DNA甲基化的显著变异性。在原发性腺癌以及AR低表达和AR阴性肿瘤及细胞模型（包括具有神经内分泌表型的肿瘤）中，观察到部分远端位点或区域的甲基化水平降低。在TCGA-PRAD原发肿瘤中，AR启动子甲基化的样本间差异仅能解释AR mRNA水平的少部分变异。在远端FOXA1基序簇（?751至?678 bp）内，样本内标准化后的FOXA1信号在原发肿瘤中高于配对正常组织，并且在来源于转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）的患者来源异种移植瘤（PDXs）中进一步升高。对配对正常-肿瘤样本的探索性分析揭示，远端FOXA1信号变化与近端H3K27ac信号变化呈正相关。AR阳性的C4-2B细胞保留了近端H3K27ac，但在远端基序簇处未检测到FOXA1占据，这与一种替代性活跃启动子构型一致。与TSS相关的近端片段通常呈低甲基化，但表现出异质性染色质状态。?280至+100 bp区域是H3K27ac富集的反复出现焦点。在VCaP细胞中，近端AR和ERG ChIP-seq信号重叠，尽管在该区域未检测到达到筛选阈值的AR基序。H3K27me3抑制性标记图谱在所检查的模型和组织中显示出显著的异质性。在用作正常对照的模型中，RWPE-1和PrEC在AR TSS周围显示出H3K27me3富集，而原发正常前列腺组织则未显示出类似的富集。AR阴性细胞系之间也表现出异质性：PC-3显示出显著的近端H3K27me3富集，而DU145则缺乏类似的富集。所分析的mCRPC转移灶同样未表现出与PC-3可比的图谱。在AR阴性的PC-3细胞中，近端区域还额外显示出KDM2B、PCGF1和RNF2的富集，同时伴有强烈的H2AK119ub1富集。这些发现支持了一种模型，即AR启动子由一个表观遗传可塑性的远端片段和一个具有依赖上下文特征的转录因子占据和染色质状态的近端TSS相关调控区域组成。这种异质性，连同启动子甲基化对AR mRNA水平有限的解释价值，与DNA甲基化单独不足以解释不同前列腺癌表型间AR表达差异的观点一致。